鉆井液課程報告

1、地質(zhì)大學本科生課程報告課程名稱鉆井液工藝學姓名班級學號指導老師專業(yè)所在院系日期： 年 月 日聯(lián)系方式：目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 國外抗高溫水基鉆井液41.1 SIV鉆井液體系51.2海泡石鉆井液51.3皂石-海泡石聚合物鉆井液體系51.4低膠體鉆井液體系61.5高固相抗絮凝聚合物鉆井液體系61.6分散性褐煤-聚合物鉆井液6國內(nèi)的研究現(xiàn)狀72.1磺化鉆井液82.2聚磺鉆井液82.3有機硅氟聚合物抗高溫鉆井液體系92.4抗高溫高密度海泡石鉆井液體系92.5耐溫耐鹽共聚物鉆井液9課程感悟9抗高溫水基鉆井液簡介

2、隨著石油工業(yè)的發(fā)展和全球?qū)κ托枨蟮脑黾樱蜌饪碧降纳疃仍诓粩嘣黾樱?深井、超深井的鉆探規(guī)模也在越來越大。在鉆井的過程中，由于低溫梯度和壓力 梯度的存在，井眼越深，鉆井的技術難度越大，對于鉆進液的要求也就越高。在高溫條件下，鉆井液處理劑會發(fā)生降解、交聯(lián)、發(fā)酵、失效等變化，從而 使鉆井液性能發(fā)生劇變，并且不易調(diào)整和控制，嚴重時將導致鉆井作業(yè)無法正常 進行；為了平衡高的地層壓力，鉆井液必須具有很高的密度。這種情況下，發(fā)生 壓差卡鉆及井漏、井噴等井下復雜情況的可能性會大大增加，要保持鉆井液良好 的流變性和較低的濾失量亦會更加困難。鑒于環(huán)保、安全以及熒光和成本問題， 目前用于深井鉆探的鉆井液傾向于采用

3、水基鉆井液體系。本文通過閱讀相關文獻 材料，結(jié)合上課所講內(nèi)容，簡單介紹幾種國內(nèi)外抗高溫水基鉆井液：國外抗高溫水基鉆井液國外深井、超深井鉆井起步較早，上個世紀60年代，研究成功了抗鹽、抗鈣和抗150。170。的鐵鉻鹽降粘劑；70年代，研究成功了磺化褐煤、磺 化丹寧、磺化酚醛樹脂以及它們與磺化褐煤的縮合、復合物，這類處理劑的抗溫 能力大部分在180。200。之間；同時，也研制出改善高溫流變性的低分子量 聚丙烯酸鹽和降高溫高壓濾失量的中分子量聚丙烯酸鹽。由于褐煤類產(chǎn)品高溫氧 化降解，鉆井液被鹽和鈣污染后增稠，降濾失效果下降；聚丙烯酸鹽類不含鉻， 熱穩(wěn)定性好，但抗二價陽離子能力差；磺化酚醛樹脂類必須和

4、磺化褐煤類配合使 用效果明顯，但抗溫和抗鹽效果有限。為此國外鉆井液工作者在80年代進行 了廣泛而深入地研究，研制出了 HT-Polymer、Pyro Trol、Kem Seal等。目前國外成功應用于現(xiàn)場的深井、超深井鉆進液有：1.1 SIV鉆井液體系SIV鉆井液體系是一種獨特的鉆井液體系。這種鉆井液體系的主要成分SIV 是一種由鈉、鋰、鎂和氧組成的合成多層硅。SIV是一種白色粉末，其結(jié)構(gòu)類 似于天然的膨脹性微晶高嶺石粘土，熱穩(wěn)定性高達370。其特點是雜質(zhì)含量 低，剪切后粘度恢復快，包被能力強，抗高溫能力強；水溶液透明度高，對鉆屑 和巖心的損害很小。這種鉆井液體系在233。的溫度下仍然保持良好的

5、粘度， 不發(fā)生高溫絮凝等問題。1.2海泡石鉆井液海泡石是一種富含纖維質(zhì)和鎂的粘土礦物，其結(jié)構(gòu)與坡縷石相似。海泡石的 特點是其顆粒為條狀，隨著溫度的升高而轉(zhuǎn)變?yōu)楸∑瑺罱Y(jié)構(gòu)的富鎂蒙脫石 (Stevensite )，使得海泡石比凹凸棒土能更好地控制流變性和濾失量，更適合 用于抗高溫鉆井液中。使用海泡石的鉆井液配方是由Carney和Meyer 1975年 第一次設計的。海泡石粘土基漿能抗電解質(zhì)，有較高的熱穩(wěn)定性，高的膠凝強度 和優(yōu)良的抗剪切能力。在高溫靜止情況下，海泡石基漿能保持可逆的膠體結(jié)構(gòu)， 在剪切條件下粘度不降低。另外，海泡石是通過增加基漿的屈服值來增粘的，與 基漿的塑性粘度無關。海泡石鉆井液抗

6、溫能力高，在238。條件下仍具有較好 的性能。1.3皂石-海泡石聚合物鉆井液體系皂石-海泡石聚合物鉆井液體系主要由皂石、海泡石、高相對分子質(zhì)量聚合 物降濾失劑、低相對分子質(zhì)量聚合物解絮凝劑等組成。這種鉆井液體系可用各種 類型的水（淡水、海水和鹽水）配漿，在260。（ 500車）條件下仍具有良好的 流變性和較低的濾失量，且具有良好的抗污染（鹽、鈣、鎂、碳酸鹽等）能力， 并易于測試、維護和處理。1.4低膠體鉆井液體系低膠體水基鉆井液熱穩(wěn)定性達260。，當溫度達204C，鉆井液的稠度不 會增加。這種鉆井液在高溫下與油基鉆井液的流變性一樣。該鉆井液的突出特點 就是在配制過程中，膨潤土的用量要隨井溫和鉆

7、井液的密度增加而逐漸減小，并 且鉆井液中主要加入木質(zhì)素鉻、褐煤和樹脂、高溫濾失控制劑和液體穩(wěn)定劑、聚 合物增粘劑。這種鉆井液對固相含量要求嚴格。1.5高固相抗絮凝聚合物鉆井液體系這種鉆井液體系主要是由一種聚合物增粘劑、一種聚合物解絮凝劑和一種聚 合物降濾失劑組成的，用重晶石進行加重，用氫氧化鈉來控制鉆井液的pH值。 這種鉆井液體系的密度可高達2.51g/cm3，在溫度為177。（ 350車）的條件下 能保持良好的流變性。這種鉆井液能抗鈣、鎂和鈉等離子的污染，也能抗碳酸鹽、 水、油和各種氣體的污染。而且這種鉆井液對鉆屑含量限制不大。1.6分散性褐煤-聚合物鉆井液分散性褐煤-聚合物鉆井液體系一直廣

8、泛應用于墨西哥灣的鉆井中，可用于 各種井下條件。其主要組成為：膨潤土、燒堿、石灰、聚陰離子纖維素（PAC X 褐煤-聚合物分散劑、褐煤-聚合物降濾失劑、鉻褐煤、褐煤樹脂降濾失劑、天然 瀝青基處理劑、低相對分子質(zhì)量共聚物解絮凝劑、陰離子型磺化聚合物降濾失劑、 氧化鈉、重晶石，且每種處理劑性能單一。在密度高達2.088 g/cm3、井底溫度 高達212.8 C的情況下，鉆井液性能穩(wěn)定，滿足鉆井和其它工程的要求。并且 鉆井液具有較強的抗污染能力和抑制能力，對環(huán)境無影響。國內(nèi)的研究現(xiàn)狀國內(nèi)上個世紀70年代以羅平亞院士為代表的一批學者研究開發(fā)出一系列抗高溫處理劑。諸如：磺甲基褐煤（SMC X磺化酚醛樹脂

9、（SMP-1、SMP-2 ） 及酚醛樹脂與腐殖酸的縮和物（SPNH等抗高溫降濾失劑，以及磺化丹寧（SMT X 磺化栲膠（SMK ）鐵格木質(zhì)素磺酸鹽（FCLS ）等抗高溫降粘劑，從而以此為基 礎研制出了抗高溫深井鉆井液體系。目前，這些處理劑仍被廣泛地應用于深井鉆 井中。隨后一些學者圍繞磺化類處理劑的合成路線和作用機理，通過對天然高分 子物質(zhì)進行改性，相繼開發(fā)出磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹脂（SLSP X褐煤與聚合 物接枝的特種樹脂SHR、SPX、SCUR、改性G-SPNH、改性SMP、兩性離 子型磺化酚醛樹脂APR和磺化瀝青SAS、FT-1等抗高溫降濾失劑，磺化木質(zhì) 素類及木質(zhì)素絡合物PFC、MBGM

10、-1、XG-1等降粘劑。80年代，形成了以PAC-141為代表的丙烯酸多元共聚物降濾失劑，諸如： 水解聚丙烯腈鈉鹽和水解聚丙烯腈鈣鹽。這類聚合物為線型高分子化合物，其主 鏈及親水基與主鏈的連接鍵均為C-C鍵，熱穩(wěn)定性好，但在降濾失的同時有增 粘和絮凝作用，主要適用于低固相不分散鉆井液體系。進入90年代以后，聚合級AMPS （ 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）的問世和 國產(chǎn)化，使國內(nèi)學者開始進行鉆井液用AMPS共聚物的研究，并取得了一定的 成效。其中以中原油田王中華為代表的一些學者先后用AMPS與丙烯酰胺、丙 烯酸等單體共聚研制出多種耐溫抗鹽降濾失劑和降粘劑，其中一些產(chǎn)品已在現(xiàn)場成功應用。90年

11、代中期，由中國石油勘探開發(fā)研究院劉盈、劉雨晴、孫金生等人利用 褐煤作主要原料，研究出新型陽離子抗高溫降濾失劑CAP和抗高溫抗鹽陽離子 降濾失劑CHSP-I。近幾年，由河北硅谷化工有限公司和秦永宏等人研制開發(fā)了 有機硅氟降濾失劑和降粘劑等系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品先后在遼河、勝利和大慶等油 田應用。2.1磺化鉆井液磺化鉆井液是以SMC、SMP-1、SMT和SMK等處理劑中的一種或多種 為基礎配制而成的鉆井液，屬于典型的分散鉆井液體系。其主要特點是熱穩(wěn)定性 好，在高溫高壓下可保持良好的流變性和較低的濾失量，抗鹽侵能力強，泥餅致 密且可壓縮性好，并具有良好的防塌、防卡性能，因而很快在全國各油田深井中 推廣應

12、用。2.2聚磺鉆井液聚磺鉆井液體系是在實踐中將聚合物和磺化鉆井液體系結(jié)合在一起而形成 的一類抗高溫鉆井液體系。這種鉆井液體系既保留了聚合物鉆井液體系提高鉆速、 抑制地層和穩(wěn)定井壁等優(yōu)點，同時又對高溫高壓下的泥餅質(zhì)量和流變性進行了改 進，其抗溫能力可達20025OC，抗鹽至飽和。目前，國內(nèi)用于高溫深井中的 聚磺鉆井液體系包括：淡水鉆井液體系，鹽水鉆井液體系，欠飽和鹽水鉆井液體 系及飽和鉆井液體系等。但大部分鉆井液體系的溫度在180C以內(nèi)，雖然個別 體系抗溫能力達到200C,但鉆井液的密度不是很高。2.3有機硅氟聚合物抗高溫鉆井液體系硅氟SF聚合物為線性高分子，其主鏈為Si-O-Si，含氟基團和其

13、它有 機基團均為大分子的側(cè)基。SiO鍵鍵能高，SF熱穩(wěn)定性好。1999年，遼河 油田秦永宏等開發(fā)了適用于深井的抗高溫硅氟聚合物鉆井液體系，該體系配方為： 10%膨潤土漿 +2%SF+3%SAS+2%MHP+2%聚合醇+0.3%KPAM，室內(nèi)測試其 抗溫能力在180230。之間，鉆井液具有良好的流變性。該鉆井液先后在遼河、 勝利和大慶等油田應用，現(xiàn)場應用最高溫度為195。勝利油田采用這類處理 劑研制了耐高溫的低成本深井鉆井液體2.4抗高溫高密度海泡石鉆井液體系海泡石的晶體結(jié)構(gòu)為纖維狀，具有較高的熱穩(wěn)定性，在淡水和飽和鹽水中的 水化膨脹性幾乎一樣，是一種很好的增粘劑。江漢石油學院王松、胡三清等人利